(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210600881.5 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 河海大学 地址 210098 江苏省南京市 鼓楼区西康路1 号 (72)发明人 王惠民　盛金昌　田佳丽　刘星星　 罗玉龙　詹美礼　向雷　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 专利代理师 董建林 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于多尺度孔径渗透模型的隧洞渗漏 量预测方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于多尺度孔径渗透模 型的隧洞渗漏量预测方法， 包括： 获取隧洞岩样 数据； 根据孔径分布曲线， 将孔径按不同孔径分 类， 分别获得不同孔径的孔隙体积； 根据孔径分 布曲线和不同孔径的孔隙体积， 分别计算不同孔 径之间的受压转化率； 根据岩样的上覆应力、 不 同孔径的孔隙体积以及不同孔径之间的受压转 化率， 计算不同孔径的孔隙压缩系数； 根据上覆 应力、 不同孔径的孔隙压缩系数， 构建隧洞渗透 量模型， 计算得到隧洞渗透量； 本发明着重考虑 了上覆应力作用下不同尺度孔隙的压缩系数对 渗透量的影响， 能够实时对隧洞渗漏量进行预 测， 测试精度高、 计算方法简便， 有利于水利工程 的安全、 长 远运行， 具有良好的工程应用背景。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 115081063 A 2022.09.20 CN 115081063 A 1.一种基于多尺度孔径渗透模型的隧洞渗漏量预测方法， 其特 征在于， 包括： 获取隧洞岩 样数据， 所述数据包括 孔径分布曲线、 上覆应力、 渗透 压力差、 初始渗透率； 根据孔径分布曲线， 将孔径按不同孔径分类， 分别获得不同孔径的孔隙体积； 根据孔径分布曲线和不同孔径的孔隙体积， 分别计算 不同孔径之间的受压转 化率； 根据岩样的上覆应力、 不同孔径的孔隙体积以及不同孔径之间的受压转化率， 计算不 同孔径的孔隙压缩系数； 根据上覆应力、 不同孔径的孔隙压缩系数， 构建隧洞渗透量模型， 计算得到隧洞渗透 量； 所述隧洞渗透量模型包括： 式中， Q为隧洞 渗透量； k0为隧洞岩样的初始渗透率； A为岩样的横截面积； α 为介质变形 系数， Cf为隧洞岩样的不同孔径的孔隙压缩系数； △σ 为实验中隧洞岩样的上覆应力之差； △P为预设的渗透 压力差；△L为隧洞岩 样的长度。 2.根据权利要求1所述的基于不同孔径渗透模型的隧洞渗漏量的定量预测方法， 其特 征在于， 所述根据孔径分布曲线， 将孔径按不同孔径分类， 分别获得不同孔径的孔隙体积； 具体包括： 根据隧洞岩样的孔径大小， 分为大孔、 中孔和小孔， 大孔孔径大于1μm， 中孔孔径为0.1μ m～l μm， 小孔 孔径小于 0.1 μm。 3.根据权利要求2所述的基于不同孔径渗透模型的隧洞渗漏量的定量预测方法， 其特 征在于， 所述不同孔径之间的受压转化率包括大孔的受压转化率、 中孔的受压转化率以及 小孔的受压转 化率， 大孔的受压转 化率的计算方法包括： 建立转化体积函数： VS1+VS2＝VS0                                              (2) 式中， VS1为大孔上覆应力压缩后变为中孔的孔隙体积； VS2为大孔经过上覆应力压缩后 仍为大孔的孔隙体积； VS0为初始上覆应力下的初始大孔 孔隙体积； 计算VS1和VS2两部分孔隙压缩系数， 计算公式为： 式中， Vb0、 Vbi分别为初始孔隙体积和增加上覆应力后的某一时刻的孔隙体积； Vp为某一 上覆应力下的孔隙体积； VS1’、 VS2’分别为不同上覆应力条件下对应VD1、 VD2的孔隙体积； CS1 为VS1孔隙体积的压缩系数； CS2为VS2孔隙体积的压缩系数； 两者为同一孔径的孔隙， 在相同 上覆应力作用下的孔隙压缩系数相同， 因此， CS1＝CS2， 则有：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115081063 A 2其中， VS1的计算基于平面应力作用下孔隙应力变形模型和孔径分布曲线， 利用差值法 计算得到， 由此定义并计算得到大孔的受压转 化率： fS＝VS1/VS0                                                 (7) 式中fS为大孔的受压转 化率； 联立公式(6)和公式(7)可 得： 同样的方法得到中孔的受压转 化率fM和小孔的受压转 化率fA。 4.根据权利要求3所述的基于不同孔径渗透模型的隧洞渗漏量的定量预测方法， 其特 征在于， 所述根据岩样的上覆应力、 不同孔径的孔隙体积以及不同孔径之 间的受压转化率， 计算不同孔径的孔隙压缩系数； 具体包括： 通过公式(3)、 公式(7)和公式(8)， 计算大孔在不同上覆应力下的孔隙压缩系数： 式中， CSP为大孔的在不同上覆应力下的孔隙压缩系数； 同样可计算得到小孔和中孔在不同上覆应力下的孔隙压缩系数： 式中， CAP和CMP分别为小孔和中孔在不同上覆应力下的孔隙压缩系数； 则隧洞岩 样的不同孔径的孔隙压缩系数计算方法为： 式中， Cf为隧洞岩样的不同孔径的孔隙压缩系数； VA0为初始上覆应力下初始小孔孔隙 体积， VM0为初始上覆应力下初始中孔 孔隙体积， VS0为初始上覆应力下初始大孔 孔隙体积。 5.一种基于多尺度孔径渗透模型的隧洞渗漏量预测系统， 其特 征在于， 包括： 数据获取模块： 用于获取隧洞岩样数据， 所述数据包括孔径分布曲线、 上覆应力、 渗透 压力差、 初始渗透率； 参数计算单元： 用于根据孔径分布曲线， 将孔径按不同孔径分类， 分别获得不同孔径的 孔隙体积； 根据孔径分布曲线和不同孔径的孔隙体积， 分别计算不同孔径之间的受压转化 率； 根据岩样的上覆应力、 不同孔径的孔隙体积以及不同孔径之间的受压转化率， 计算不同 孔径的孔隙压缩系数； 渗透量预测单元： 用于根据上覆应力、 不同孔径的孔隙压缩系数， 构建隧洞渗透量模 型， 计算得到隧洞渗透量。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115081063 A 3